摘 要

车路协同技术是当今智能交通系统的前沿技术，更是未来智能交通发展的主要研究方向之一。为了充分利用车路协同系统的特性，使车辆可以在车路协同条件下安全、高效的通过信号交叉口，因此本文展开对车路协同条件下信号交叉口时空协同优化。

本文首先对车路协同条件下交叉口信息进行了系统分析，对车辆在交叉口的信息需求分为位置信息需求、方向信息需求、距离信息需求、速度信息需求以及交通量信息需求。接着在针对车路协同条件下交叉口信息需求的基础上，界定了交叉口功能区。再针对交叉口功能区的划分，设计了交叉口功能区路侧传感器部署方案。

其次，本文利用车路协同系统的实时信息交互的特性，在考虑安全距离和变道行为的基础上，设计了以交叉口平均行程时间为优化目标的车速引导模型。

最后，使用C#编程对Vissim4.3进行二次开发，构建车路协同条件下信号交叉口仿真平台。实验选取典型的十字交叉口进行仿真，通过对比分析定时控制条件下与车路协同条件下车辆的平均行程时间、平均延误等参数，验证了车速引导模型的有效性。

关键词：车路协同；信息需求；交叉口功能区；路侧传感器；车速引导

Abstract

Cooperative Vehicle Infrastructure technology is the cutting-edge technology of today's intelligent transportation systems, and it is one of the major research directions for the development of intelligent transportation in the future. In order to make full use of the characteristics of the Cooperative Vehicle Infrastructure System, the vehicle can safely and efficiently pass through the signalized intersection under the condition of road and road coordination. Therefore, this paper develops the space-time collaborative optimization of the signalized intersection under the conditions of vehicle-road coordination.

Firstly, this paper systematically analyzes the intersection information under the condition of Cooperative Vehicle Infrastructure System. The information requirements of vehicles at intersections are divided into location information requirements, direction information requirements, distance information requirements, speed information requirements, and traffic volume information requirements. Then, based on the information requirements of the intersection under the condition of Cooperative Vehicle Infrastructure System, the intersection function zone is defined. Then, based on the division of the functional areas at the intersection, a roadside sensor deployment scheme for the functional area of ​​the intersection is designed.

Secondly, based on the characteristics of real-time information interaction in the vehicle-road cooperative system, based on the consideration of safety distance and lane changing behavior, the vehicle speed guiding model with the average travel time at the intersection as the optimization goal is designed.

Finally, the secondary development of Vissim4.3 is done using C# programming, and a signalized intersection simulation platform under the condition of road and road coordination is constructed. The experiment selects a typical intersection to simulate and compares the average travel time, average delay and other parameters of the vehicle under the condition of timing control under the condition of Cooperative Vehicle Infrastructure System, and validates the effectiveness of the vehicle speed guiding model.

Key Words：CVIS；Information Demand；Intersection Function Zone；Road Side Unit; Speed Guide

目 录

第一章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2目的和意义 1

1.3国内外现状研究 1

1.3.1车路协同条件下交通流优化研究 1

1.3.2车路协同条件下的信号交叉口车辆引导相关研究 2

1.4研究方法与内容 4

1.4.1研究内容 4

1.4.2研究方法 4

1.4.3技术路线 4

1.4.4论文章节安排 5

1.5 本章小结 6

第二章 车路协同条件下交叉口协同系统特性分析 7

2.1车路协同系统概述 7

2.1.1智能车载系统 7

2.1.2智能路侧系统 9

2.1.3车车/车路通信技术 11

2.2车路协同条件下交叉口信息系统分析 12

2.2.1车路协同条件下交叉口驾驶特性分析 12

2.2.2车路协同条件下交叉口驾驶需求分析 12

2.3本章小结 15

第三章 车路协同交叉口功能区问题研究 17

3.1车路协同条件下交叉口功能区划分 17

3.1.1交叉口功能区界定 17

3.2交叉口功能区路侧传感器部署问题研究 23

3.2.1交叉口功能区路侧传感器部署方法 24

3.3交叉口功能区路侧传感器部署方案 25

3.4本章小结 27

第四章 车路协同条件下的交叉口控制模型 28

4.1车路协同下交叉口车辆状态分析 28

4.2车路协调条件下车速引导安全距离分析 28

4.3车路协同条件下的车速引导模型 29

4.4本章小结 33

第五章 车路协同条件下交叉口控制仿真 34

5.1车路协同条件下交叉口控制仿真实验环境 34

5.2车路协同条件下交叉口控制仿真仿真实验设计 35

5.2.1实验对象设计 35

5.2.2实验方案设计 36

5.3实验结果分析 37

5.4本章小结 39

第6章 结论与展望 40

6.1 全文总结 40

6.2 创新点 40

6.3 不足与展望 40

参考文献 42

致 谢 44

第一章 绪论

1.1研究背景

随着智能信息时代的到来，人们逐渐开始利用智能交通系统来实现交叉口处的交通管理与控制。而车路协同技术作为智能交通系统的前沿技术,更是未来智能交通发展的主要研究方向之一。未来我们可以通过建立车路协同系统,将人、车、路三者有效的联系起来,完成车辆与路侧系统的信息交互,充分利用基础设施资源，提高道路的利用率，改善交通的安全，缓解交通拥堵现象。据IntelliDrive^SM联盟估算，车路协同技术可以有效降低80%以上的交通事故率，同时可以提高系统整体运行效率达10%-20%^[1]。

与现有的交通基础设施以及道路上行驶的车辆相比，车路协同系统最大的不同便是可以提供车-车、车-路之间的实时信息交互。为了充分利用车路协同系统的特性，使车辆可以在车路协同条件下安全、高效的通过信号交叉口，本文展开对车路协同条件下信号交叉口时空协同优化的相关研究。

1.2目的和意义

现有的交叉口处的管理与控制方案，主要是基于人类驾驶车辆的基础上进行设计，交通管理与控制系统在交通信息采集、实时的信息交互等方面存在一定的滞后性，不能充分发挥车路协同系统的特性，导致时空资源浪费。